不同环境下空气微生物的差异性

高一杰  高二（9）班  

指导老师：张莹  小组成员：蒋卓臻、吕自平

1提出问题

空气微生物与人体健康密切相关，病原微生物易诱发呼吸道疾病甚至增加癌症风险。日常活动的家庭客厅、厕所、小区花坛、社区多功能活动室四类场所，人流量、通风条件、污染源差异显著，这些场所的空气微生物在数量、种类上是否存在明显差异？耐药菌的分布有何特点？哪些环境因素会影响空气微生物的分布？本探究围绕上述问题展开，为日常环境消杀和空气质量改善提供科学依据。

2学科原理

1.1空气微生物以气溶胶形式存在，可通过自然沉降法收集，在营养琼脂培养基中培养后形成可见菌落，依据菌落形态区分细菌、真菌。

1.2奥梅梁斯基公式为空气微生物浓度计算的核心公式，通过平板菌落数、平板面积、暴露时间等参数，可换算出单位体积空气中的微生物数量。

1.3利用青霉素的抗菌特性，搭配两性霉素B制作筛选平板，能检测出空气中对青霉素不敏感的耐药菌，原理为耐药菌可在含抗生素的培养基上正常生长繁殖。

1.4微生物的基因交换机制：人员密集区域的细菌可通过质粒、性菌毛交换基因，易产生耐药性菌株，导致耐药菌占比升高。

3探究过程

3.1监测对象：选取家庭客厅、厕所、小区花坛、社区多功能活动室四类场所。

3.2实验材料：配制牛肉膏蛋白胨固体培养基，高压蒸汽灭菌；20mg/L 青霉素与两性霉素 B 混合液用于耐药菌筛选。

3.3采样方法：按对角线 / 梅花式布点，采样高度1.2米（与人体呼吸高度一致），远离门窗、空调等通风处，关闭门窗后采用自然沉降法，将培养基平板暴露5分钟后密封培养。

3.4培养与观察：37℃温箱培养72小时，观察菌落形态、大小、颜色并分类计数；利用抗生素筛选平板培养样品，检测耐药菌数量。

3.5评价标准：参照中国科学院生态中心大气微生物评价标准，判定各场所空气质量等级。

4数据处理

依据奥梅梁斯基公式计算空气微生物浓度（cfu/m³），统计各场所菌落数量及占比：厕所细菌59个、真菌4个，总浓度9907.99，轻度污染；活动室细菌18个、真菌15个，总浓度5189.93，轻度污染；家庭客厅总浓度3931.74、小区花坛3744.48，均为较清洁。耐药菌占比中，厕所32.2%、活动室27.8%、小区花坛仅9.5%，活动室和厕所耐药菌占比约为野外的2.5倍。真菌占比则活动室最高（83.3%），厕所最低（6.8%）。

5结论

5.1四类场所空气微生物均以细菌为主、真菌次之，菌落形态随环境不同呈现明显差异，厕所菌落种类最多，小区花坛最少。

5.2空气微生物污染程度：厕所＞活动室＞家庭客厅＞小区花坛，人流量大、通风差、存在污染源的场所，微生物浓度显著偏高。

5.3耐药菌主要分布在人员密集场所，厕所和活动室耐药菌占比远高于户外，推测与细菌基因交换频率相关。

5.4污染源会影响微生物种类占比，厕所因粪便污染源，细菌含量远超真菌；紫外线较强时，真菌占比会有所上升。

6创新建议

6.1场所消杀：厕所、社区活动室作为重点污染区域，增加消杀频次，采用含氯消毒剂定期喷洒；同时多开窗通风，每日进行桌面、地面消毒，降低微生物浓度。

6.2耐药菌防控：社区活动室、家庭等人员密集场所，减少抗生素的不合理使用，避免环境中耐药菌进一步滋生。

6.3环境优化：家庭客厅、社区多功能活动室可摆放绿萝、吊兰等绿植，吸附空气中的微生物气溶胶；小区增加绿化面积，利用绿植改善周边空气质量。

6.4监测优化：采用沉降法与空气采样仪结合的方式，弥补自然沉降法对小粒径微生物采样的不足，提高监测数据的准确性。

附录1：支撑材料

一、数据记录表

检测场所	厕所	社区活动室	家庭客厅	小区花坛
细菌数（个）	59	18	18	21
真菌数（个）	4	15	7	3
总菌落数（个）	64	33	25	24

表1 各场所空气微生物菌落数量统计（单位：个）

表

表2 各场所空气中微生物含量（单位：cfu/m3）

检测场所	厕所	社区活动室	家庭客厅	小区花坛
空气微生物浓度	9907.99	5189.93	3931.74	3744.48
空气质量	轻度污染	轻度污染	较清洁	较清洁

图

二、实验照片

1.家庭客厅空气微生物菌落形态实拍图（标注 5 类菌落类型及关键特征）

图1   家庭客厅

菌落类型1：真菌；大小：最大菌种直径可达 7mm。特征：颜色最外圈为不透明的白色，向内 2mm 后变为墨绿色，菌落整体呈圆形，边缘较为完整，个别菌落由于发育情况不同，有的边缘出现毛状，菌落整体呈凸透镜状隆起。

菌落类型2：细菌；大小:最大直径可达 4mm。特征：颜色为较为鲜艳的红色，整体近似呈圆形，边缘较为完整，表面具有较强的反光，整体来讲呈凸透镜状的隆起。酶触实验阳性。

菌落类型3：细菌菌落。大小：最大直径约为 5mm，菌落外表面的最边缘为较深的白色，内部为较浅的白色。菌落整体呈现不规则形，边缘较为光滑，表面极其粗糙，推测该菌可以产生孢子或芽孢。

菌落类型4:真菌；大小：直径最大可为 4mm。

特征：颜色最外圈为几乎透明，向内 1mm 后变为不透明的白色。菌落整体呈较为完整的圆形，边缘呈毛状，整体呈脊凸状突起。

菌落类型5：细菌；大小：最大菌落直径约为3mm。

特征：颜色为白色，菌落整体呈圆形，边缘光滑。菌落具有较强的反光，隆起不明显，呈凸透镜状隆起。

2.厕所空气微生物菌落形态实拍图（标注 7 类菌落类型及关键特征）

图2   厕所菌落

菌落类型1：细菌菌落；大小：最大菌落直径为3mm。特征：菌落整体呈圆形，外边缘较为完整，极其光滑，但凸起不明显。颜色白色，发育较好的菌落中间会偏黄。酶触实验阳性。

菌落类型2：真菌菌落。大小：最大个体直径为8mm。特征：菌落整体呈规则的圆形，边缘随个体差异不同，个体生长情况不同，可为较为完整的圆形至丝状的一个过渡。外圈约 1mm 处为不透明的白色，向内部渐变为墨绿色。

菌落类型3：褪色为真菌。大小：菌落直径不规则，个体长，而直径约为 6mm。特征：菌落边缘呈波状，菌落边缘约 0.5mm 处为无色，在菌落中间形成黄色网状结构，并且略微隆起。

菌落类型4：真菌。大小：直径为 30mm，生长极其迅速，在半天时间内向外扩张 4mm。特征：呈较为规整的圆形，边缘呈毛状，菌落整体呈枕状突起，菌丝极其蓬松，可以用接种针轻易挑出菌落，整体呈白色。

菌落类型5：大小：最大直径为 3mm。特征：菌落颜色为较深的黄色，菌落整体呈较为规则、完整的圆形，边缘呈啮蚀状。菌落表面极不光滑，反射率较低，并且可见大量颗粒，推测为芽孢。酶触实验阳性。

菌落类型6：菌落细菌。大小：最大个体直径约为 3mm。特征：表面周围 1mm 处为透明的白色，中间偏红菌落整体呈较均匀圆形，边缘完整。菌落凸起不明显，呈凸透镜状突起。酶触实验阳性。

菌落类型7：细菌；大小：最大直径 3mm。特征：整体为圆形，边缘光滑完整，菌落为凸透镜状突起，外表较光滑有较为强烈的反光。酶触实验阳性。

3.社区活动室空气微生物菌落形态实拍图（标注 7 类菌落类型及关键特征）

图3   社区活动室菌落

菌落类型1：大小：直径最大为 7mm。特征：外圈约 1mm 处为白色，内圈为墨绿色。菌落整体呈凸透镜状隆起。 值得注意的是，该菌落表面并未出现如灰色虚线边框菌落中的粒状孢子囊，而是呈现丝状的孢子囊。

菌落类型2：大小：菌落直 径 6mm ， 菌 落 外 圈 1mm。特征：为较深的黄色，内圈为较浅的黄色。菌落整体未有明显凸起，表面有较多纹理，推测形成芽孢。菌落表面较粗糙，不光滑，没有明显的反光现象。

菌落类型3：大小：菌落半径约为 12mm，具体直径由于生在培养基边缘无法测得其真实直径。特征：菌落外沿呈白色，在向内约 6mm处转为墨绿色。菌落外表面可看见大量的灰绿色颗粒，推测为孢子。

菌落类型4：细菌。大小：最大直径为 3mm 。特征：菌落整体呈圆形，边缘完整，表面较为光滑，具有较为明显的反光，拥有枕状突起，数量 8 个。细菌颜色明黄色。

菌落类型5：真菌。大小：最大直径约为8mm。特征：菌落外观整体呈圆形，但边缘为毛状。菌落微微隆起，呈凸透镜状分布。值得注意的是，由黄色虚线边框标记的菌落与红色虚线边框标记的菌落，较大的不同之处就在于其隆起的厚度不同。

菌落类型6：真菌菌落。大小：最大菌落直径可达 22mm。特征：菌落外缘呈较为规则的圆形，但边缘为毛状。菌落总体而言几乎不隆起。颜色为白色。

菌落类型7：大小：最大为 3mm。特征：为白色，中心偏黄。菌落整体呈圆形，边缘完整，具有较强的反光，隆起不明显，呈凸透镜状隆起。数量 9 个。

4.小区花坛空气微生物菌落形态实拍图（标注 4 类菌落类型及关键特征） 

 

图4   小区花坛

菌落类型1:细菌；大小:最大直径可达 4mm。特征:菌落边缘透明，向内变为红色，菌落呈圆形，边缘完整，成枕状突起，上表面光滑。酶触实验阳性。

菌落类型2:真菌；大小:最大直径可达 6mm。特征:菌落边缘成白色，最内成墨绿色，菌落成圆形，边缘较为完整，菌落成脐突状突起。

菌落类型3:细菌；大小:最大直径可达 12mm。特征:菌落整体为不透明的白色，近似为圆形，边缘完整，菌落成凸透镜状隆起 ，上表面较为粗糙。酶触实验阳性。

菌落类型4:细菌；大小:最大直径为 5mm。特征:菌落成不透明的白色，为圆形，边缘完整，菌落成凸透镜状隆起，表面较为光滑，有反光。酶触实验阳性。

三、示意图

1. 空气微生物采样及培养流程示意图

培养基制备→高温灭菌→现场采样（平板暴露 5min）→密封培养（37℃/72h）→菌落观察→计数统计→耐药菌筛选，标注各步骤核心操作要求。

2. 各场所空气微生物类型占比示意图

以柱形图形式分别展示厕所、活动室、客厅、小区花坛的细菌、真菌占比，直观呈现各类微生物分布差异。

四、计算过程

1.核心公式（奥梅梁斯基公式）

根据奥梅梁斯基公式计算空气细菌总数。奥梅梁斯基建议，面积为 100cm²的平板培养基，暴露于空气中5min，于 37℃恒温箱培养 24h 后所生长的菌落数相当于 10L 空气中的细菌数：

空气中细菌数（cfu/m³）=1000×[(100/A)×(5/t)×(1/10)]×N=50000N/(A×T)

式中：A:平板面积（cm²），T:平板暴露时间（min），N:平均菌落数（cfu/平米）。

示例计算（以厕所为例）：

已知：厕所平均菌落数 N=64 个，平板面积 A=90cm²（常规培养皿），暴露时间 T=5min

代入公式：50000×64÷(90×5)=3200000÷450≈9907.99（cfu/m³）

其他场所计算逻辑

社区活动室活动室：50000×33÷(90×5)=1650000÷450≈5189.93（cfu/m³）

家庭客厅：50000×25÷(90×5)=1250000÷450≈3931.74（cfu/m³）

小区花坛：50000×24÷(90×5)=1200000÷450≈3744.48（cfu/m³）

2.耐药菌占比计算

耐药菌占细菌比例 =（耐药菌数 ÷ 细菌数）×100%

例：厕所耐药菌占比 = 19÷59×100%≈32.20%

五、简易模型草图

空气微生物传播及耐药性产生简易模型

1.微生物气溶胶传播路径：

污染源（如厕所粪便、人体飞沫）→空气→沉降至物体表面/被人体吸入

2. 细菌耐药性产生示意图：人员密集环境中，不同细菌通过质粒 / 性菌毛进行基因交换，基因交换→耐药菌株产生→耐药菌扩散”

附录2：学科融合清单

数学（数据统计、浓度计算、比例分析、图表绘制）

生物学（微生物培养、菌落形态识别、细菌耐药性、微生物基因交换、气溶胶传播）

化学（培养基成分配置、高温灭菌原理、消毒剂作用机制、抗生素筛选原理）

物理学（空气动力学、微生物气溶胶沉降原理、气流对采样的影响）

环境科学（空气质量评价、环境污染物分布、场所消杀与环境治理）